KR100189710B1 - 차량용 프로펠러 샤프트 - Google Patents

Abstract

프로펠러 샤프트는 FRP 튜브와, 그 FRP 튜브의 적어도 한 끝에 연결된 조인트를 구비한다. FRP튜브는 조인트의 통형상부를 압입시킨 단통부와, 그 단통부의 내주면 말단에 큰 직경끝을 연이어 설치한 테이퍼 내주면을 가지며, 또한 헤리칼 감기에 의하여 성형된 중간통부를 가진다. 중간통부는 차량충돌시에 있어서의 피파괴영역이고, 통형상부는 충격하중하에서의 미끄럼 움직임으로 중간통부의 테이터 내주면에 충돌하는 파괴공구이다. 이에 의하여, 차량충돌시의 충격하중을 흡수할 수 있는 FRP 튜브를 구비한 프로펠러 샤프트를 제공한다.

Description

차량용 프로펠러 샤프트

제1도는 프로펠러 샤프트의 정면도.

제2도는 제1도의 요부확대 종단 정면도.

제3도 (a)는 헤리칼 감기의 설명도, (b)는 (a)의 b-b선 단면도.

제4도는 FRP 튜브의 파괴 과정을 도시한 설명도.

제5도는 FRP 튜브의 파괴 종료를 도시한 설명도.

제6도는 요오크의 변형예를 도시한 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 차량용 프로펠러 샤프트 2 : FRP 튜브

3, 4 : 유니버설 조인트 5 : 튜브본체

7 : 테이퍼상 중간봉투 10 : FRP 짧은 통체

11 : 요오크 20 : 탄소섬유다발

21 : 맨드렐

본 발명은 차량용 프로펠러 샤프트, 특히 FRP 튜브와, 그 FRP 튜브의 적어도 한 끝에 연결된 조인트를 구비하고, 상기 FRP 튜브는 상기 조인트의 통형상부를 압입시 단통부(端筒部)와, 그 단통부의 내주면 말단에 큰 직경끝을 연이어 설치한 테이퍼 내주면을 가지며, 또한 헤리칼 감기에 의하여 성형된 중간봉투를 가진 차량용 프로펠러 샤프트에 관한 것이다.

차량충돌시에 있어서, 그 충격하중이 프로펠러 샤프트에 작용한 경우, 그 프로펠러 샤프트 자체가 충격하중 흡수작용을 발휘하는 것이 바람직하다.

강제튜브를 사용한 프로펠러 샤프트에 있어서는, 그 튜브를 2 분할식으로 구성함과 동시에, 그들 사이에 조인트를 설치하여 차량충돌시의 충격하중을 상기 튜브가 조인트에서 좌굴함으로써 흡수하고 있으나, FRP 튜브를 사용한 프로펠러 샤프트는 그 경량화를 주안으로하여 FRP 튜브를 일체형으로 구성하고 있으므로, 상기와 같은 조인트를 구비하고 있지 않다.

그래서, 차량충돌시에는 그 충격하중에 의하여 FRP 튜브를 좌굴시키는 것이 필요하게 되나, 그 FRP 튜브는 비교적 큰 좌굴하중을 가지므로 저충격하중에 의해서는 FRP 튜브는 좌굴하지 않는다.

본 발명은 층간 전단강도가 비교적 낮다는 FRP 튜브의 특성에 착안하여, 차량충돌시의 충격하중에 의하여 FRP 튜브를 파괴할 수 있도록 한 상기 프로펠러 샤프트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하여, FRP 튜브와 그 FRP 튜브의 적어도 일단에 연결된 조인트를 구비하고, 상기 FRP 튜브는 상기 조인트의 통상부를 압입시킨 단통부와, 그 단통부의 내주면 말단에 큰 직경끝을 연이어 설치한 테이퍼 내주면을 가지며 또한 헤리칼 감기에 의하여 성형된 중간통부를 가진 차량용 프로펠러 샤프트에 있어서, 상기 중간통부를 차량충돌시에 있어서의 파괴영역으로 하고, 상기 통형상부를 충격하중하에서의 미끄럼 움직임으로 상기 중간통부의 테이퍼 내주면에 충돌하는 파괴공구로 한 차량용 프로펠러 샤프트가 제공된다.

중간통부는 헤리칼 감기에 의하여 성형된 것이므로, 그 테이퍼 내주면에는 예컨대 섬유다발이 감는 수에 따라 층을 이루도록 현출한다. 그래서, 차량충돌시의 충격하중하에서의 미끄럼 움직임으로 통형상부를 테이퍼 내주면에 충돌시키면, 그 중간통부는 층간 전단강도가 비교적 낮기 때문에 인접하는 양섬유다발 사이가 절단되어, 그것에 따라 각 섬유다발이 절단되어 최종적으로는 중간통부가 파괴된다.

이 중간통부의 파괴는 FRP 튜브의 좌굴하중의 15∼20%의 충격하중으로 발생한다.

상기와 같이 구성함으로써, 차량충돌시에 작용하는 충격하중을 확실히 흡수하는 것이 가능한 프로펠러 샤프트를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서의 상기 및 기타의 목적, 특징 및 잇점은 첨부도면에 따라 이하에 상술하는 적절한 실시예의 설명에서 명백히 될 것이다.

제1도 및 제2도에 있어서, 차량용 프로펠러 샤프트(1)는 차량의 전후방향으로 뻗는 FRP 튜브(2)와, 그 FRP 튜브(2)의 적어도 한끝, 실시예에서는 양 끝에 각각 연결된 조인트로서의 1쌍의 유니버설 조인트(3, 4)를 구비한다. FRP 튜브(2)는 전길이에 걸쳐 같은 직경의 튜브본체(5)와, 그 튜브본체(5)의 차량 전·후부쪽의 말단에 각각 작은 직경끝(6)을 연이어 설치한 1쌍의 테이퍼상 중간통부(7)와, 그들중간통부(7)의 큰 직경끝(8)에 각각 한끝을 연이어 설치함과 동시에, 전길이에 걸쳐 같은 직경의 1쌍의 단통부(9)를 가진다.

제2도에 명시한 바와 같이, 각 중간통부(7)는 테이퍼 내주면(7a)을 가지며, 그 큰 직경끝(e₁)은 각 단통부(9)의 내주면(9a) 말단에 연이어 설치되고, 한편 작은 직경끝(e₂)은 튜브본체(5)의 내주면(5a)말단에 연이어 설치되어 있다.

각 중간통부(7), 실시예에서는 FRP 튜브(2)는 수지를 함침시킨 탄소섬유 다발을 사용하여 헤리칼 감기를 행함으로써 성형된 것이다. 각 단통부(9)는 그 내주면(9a) 전체에 접합된 FRP 짧은 통체(10)를 가지며, 그 FRP 짧은 통체(10)의 내단쪽은 테이퍼 내주면(7a)까지 뻗어 있다. FRP 짧은 통체(10)는 수지를 함침시킨 탄소섬유다발을 사용하여 원주감기를 행함으로써 성형된 것이다.

각 유니버설 조인트(3, 4)의 한쪽의 요오크(11)에 있어서, 그 통형상부(12)는 선단쪽의 테이퍼통부분(13)과 그것에 이어지는 같은 직경통부분(14)으로 이루어진다. 같은 직경통부분(14)의 외주면에는 각 능선이 축방향으로 뻗는 셀리이션(도시하지 않음)이 형성되고, 그 같은 직경통부분(14)은 FRP 짧은 통체(10)에 압입된다. 이에 의하여, 유니버설 조인트(3, 4)가 FRP 튜브(2)에 연결되고, 또 테이퍼통부분(13)의 환상내단면(15)에 있어서의 외주가장자리(16)가 테이퍼 내주면(7a)에 대향한다.

이 경우, 한쪽의 요오크(11)에 있어서의 통형상부(12)의 외주가장자리(16)가 테이퍼 내주면(7a)에 충돌한 후, 다른쪽의 요오크(17)의 끝면(18)이 그것과 대향하는 FRP 짧은 통체(10)의 환상외단면(19)에 충돌할 수 있도록 한쪽의 요오크(11)에 있어서의 통형상부(12)의 외주가장자리(16) 및 그것과 대향하는 테이퍼 내주면(7a)의 가상원(c) 사이의 간격(d₁)은 다른쪽의 요오크(17)의 끝면(18) 및 FRP 짧은 통체(10)의 환상외단면(19) 사이의 간격(d₃)보다도 짧게 설정된다(즉, d₁d₂).

제3도(a), (b)에 도시한 바와 같이, 중간통부(7)는 맨드렐(21)을 사용한 헤리칼 감기에 의하여 성형된 것이기 때문에, 테이퍼 내주면(7a)에는 탄소섬유다발(20)이 감는수에 따라 부호 f₁∼f₄로 표시한 바와 같이, 층을 이루도록 현출한다.

그래서, 차량정면 충돌시의 충격하중하에서의 미끄럼 움직임으로 차량앞부분쪽의 요오크(11)에 있어서의 통형상부(12)의 외주가장자리(16)를 테이퍼 내주면 (7a)의 가상원(c)에 충돌시키면, 그 중간통부(7)는 층간 전단강도가 비교적 낮기 때문에, 제4도에 도시한 바와 같이, 서로 인접하는 양탄소 섬유다발(20) 사이가 절단되어, 그것에 따라 각 탄소섬유다발(20)이 절단된다. 동시에 중간통부(7)의 작은 직경끝(6) 및 그 근방이 반경방향 바깥쪽으로 밀려 넓혀져서 약화된다.

이어서, 제5도에 도시한 바와 같이, 다른쪽의 요오크(17)의 단면(18)이 FRP 짧은 통체(10)의 외단면(19)에 충돌하는 일도 있어서, 최종적으로는 중간통부가 파괴된다. 그후에는 요오크(11)가 FRP 튜브로부터 이탈하여 축방향으로 이동한다.

이와 같이, 중간통부(7)를 차량정면 충돌시에 있어서의 피파괴영역으로 하고, 또 통형상부(12)를 충격하중하에서의 미끄럼 움직임으로 테이퍼 내주면(7a)에 충돌하는 파괴공구로 함으로써, 차량정면 충돌시에 프로펠러 샤프트(1)에 작용하는 충격하중을 확실히 흡수할 수 있다. 예를 들면, FRP 튜브(2)의 좌굴하중이 16.6톤인 경우, 약 2.6톤의 충격하중으로 중간통부(7)를 파괴할 수 있다.

제6도는 통형상부(12)의 외주가장자리(16)를 예리하게 형성한 것인데, 이것에 의하여 테이퍼 내주면(7a)에 대한 외주가장자리(16)의 파고드는 것을 양호하게 할 수 있다.

차량이 추돌된 경우에는 차량후부쪽의 유니버설 조인트(4)와 FRP 튜브(2)의 연결부에 있어서 상기와 똑같은 파괴작용이 행하여져서, 이에 의하여 프로펠러 샤프트(1)에 작용하는 충격하중을 흡수할 수 있다.

Claims (1)

1. FRP 튜브(2)와, 그 FRP 튜브(2)의 적어도 한 끝에 연결된 조인트(3, 4)를 구비하고, 상기 FRP 튜브(2)는 상기 조인트(3, 4)의 통형상부(12)를 압입시킨 단통부(9)와, 그 단통부(9)의 내주면(9a) 말단에 큰 직경끝(e1)을 연이어 설치한 테이퍼 내주면(7a)을 가지며, 또한 헤리칼 감기에 의하여 성형된 중간통부(7)를 가진 차량용 프로펠러 샤프트로서, 상기 중간통부(7)를 차량충돌시에 있어서의 피파과영역으로 하고, 상기 통형상부(12)를 충격하중하에서의 미끄럼 움직임으로 상기 중간통부(7)의 테이퍼 내주면(7a)에 충돌하는 파괴공구로 한 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러 샤프트.